Microbiologie – Hoofdstuk 1: Algemene Microbiologie Kernwoorden/vragen Samenvatting Het microbiota = alle micro-organismes op een specifieke locatie. Maakt voor 90% deel uit van de menselijke cellen (overige 10% = dierlijke cellen) Het microbioom = het microbiota + zijn totale hoeveelheid genetische materiaal op een specifieke plek van het menselijke lichaam Wat is de functie van het microbioom? Naast het passief aanwezigzijn op de hoost, draagt het bij aan fysioogische processen, nutritie & immuunsysteem van een organisme Symbiose = host & microbioom leven in harmonie en profiteren beide van elkaar Dysbiose = imbalance Wat is het gevolg van aanpassing in het microbioom? Dan komt er ruimte voor pathogenen die de host kunnen infecteren & impact op fysiologie vd host Zijn de functies voor elk microbioom hetzelfde? Ondanks dat de compositie van elk microbioom op een specifiek lichaamsoppervlak anders is, zijn de metabolische functies van het microbioom overal hetzelfde Veranderd het microbioom gedurende de tijd? Eenmaal gevormd (geboorte), blijft de samenstelling relatief stabiel over de tijd. Wat kun je vertellen over de compositie van het microbioom? Varieert per lichaamsoppervlak Word beinvloed door de omgeving van dat oppervlak Gevoelig voor verandering Omgeving = fenotype Andere omgeving = ander fenotype Wat is het gevolg van imblans in het microbioom? Welke disbiose kan er zijn in de mond? Opportunistisch pathogeen Welke meest voorkomende ziektes in de mond ontstaan door disbalans, wat veroorzaakt het? Microbiele homeostase Dit kan leiden tot dysbiose = het niet in balans zijn van het microbioom waardoor ziektes etc kunnen ontstaan. Het speelt een grote rol in onze gezondheid en normale fysiologische ontwikkeling 1. Veranderingen in de biologie van de mond door: Exogene factoren (antibiotica, veel suikers in dieet) Endogene factoren – veranderingen in de host met effect op de afweer: medicatie 2. Slechte mondhygiene 3. Colonisatie door orale MO (door bv tandextractie) op plekken waar ze normaal niet horen, kunnen dan naar andere organen schieten = MO die ziektes kunnen veroorzaken doordat er een disbiose ontstaat. Veel orale mMo zijn in staat om zich opportunistisch te gedragen 1. 2. Caries = zuur geproduceerd door bacterien (in tandplaque) omdat ze koolhydraten fermenteren geeft demineralisatie (oplossing) van het harde tandweefsel Periodontaleziektes = ontstekingsreactie op een verhoogde microbiele lading veroorzaakt door plaque accumulatie rondom de gingiva schade aan omliggende weefsels = balans in de samenstelling van het microbioom. Wordt beinvloed door omgevingsfactoren Welke factoren zijn van invloed op de orale microbiele ecologie / - samenstelling Levensstijl: roken Speeksel: (kan beinvloed worden door medicatie) Microbiota Gastheer immuunsysteem Terminologie Residente flora / autochtone flora = de MO’s die altijd op je huid zitten, vermenigvuldigen. Zijn er lastig af te halen Transiente flora / allochtone flora = de MO’s die door contact / besmetting op je komen. Ze vermenigvuldigen niet en zijn er af makkelijk af te wassen = de plek waar het MO groeit Habitat = MO die van nature aanwezig zijn , Ecosysteem = microbiotia in een specifieke habitat samen met biotische en abiotische factoren waarmee het organisme samengaat. Niche = functie van organisme in zijn habitat – de rol van het microbioom. Soorten met dezelfde functie in het de specifieke habitat zullen gaan vechten voor de niche. Pathogenen = MO die potentieel ziek kunnen maken (opportunistische pathogenen = maken enkel ziekte in hele exeptionele omstandigheden Microbiologie – Hoofdstuk 2: De mond als microbiele omgeving Kernwoorden/vragen Samenvatting De mond als microbiele omgeving Welke habitatten voor microbiota kun je vinden in de mond? 1.) Mucosa oppervlakten (lippen, wangen, verhemelte, tong) 2.) Tanden 3.) Orthodontische/prosthodontische dingen Welke factoren beinvloeden de ecologie vd microbiota in de mond naargelang de tijd? 1.) Doorkomen van de tanden nieuw ruw oppervlak waarop microorganismes in tandplaque kunnen opstapelen als een biofilm 2.) GCF = gingivale creviculaire vloeistof = vloeistof in de gingivale sulcus Reinigt materiaal in de sulcus + heeft antimicrobiale eigenschappen wordt aangemaakt geeft meer voeidngsstoffen die groei voor subgingivale MO mogelijk maken 3.) Tandextractie 4.) Orthodontische applicaties hierover komt snel een biofilm 5.) Dentale behandelingen (scalen/ restauraties) 6.) Voedsel 7.) Speeksel samenstelling 8.) Antibiotica Welke factoren maken de mond bijzonder van andere plekken vh lichaam? 1. 2. 3. 4. Op welke manier zorgen slijmvliezen voor de bepaalde samenstelling van MO in de mond? Mucosale oppervlakken / slijmvliezen Tanden Speeksel GCF = gingivale cerviculaire vloeistof De microbiele grootte is laag op de slijmvliezen dit komt door desquamatie = afschilfering van de epidermis. Tong: De papillaire structuur van de achterkant (dorsum) vd tong zorgt voor een goede plek voor vele MO die anders zouden verdwijnen door kauwen en speeksel Zorgen voor laag redoxpotentieel (zie verder) bevordert de groei van enkel anaerobe bacterien De tong is dus betrokken als reservoir voor evt gram neg anaeroben (paradontitis & slechte adem) Gelaagd/ niet-gelaagd plaveiselepitheel: beinvloed de verspreiding van MO Op welke manier zorgen tanden voor de bepaalde samenstelling van MO in de mond? Tanden zijn harde niet-afstotende oppervlakken voor microbiele kolonisatie (enige plek in het lichaam waar dit zit) Maken opeenstapeling van tand plak mogelijk Wat is tandplaque? = grote opeenstapelingen van MO’s (voornamelijk bacterien) en hun extracelullaire producten. Het is een biofilm = laag mo omgeven door zelfgeproduceerd slijm vastgehecht aan een oppervlak Tandplaque is natuurlijk maar kan ook pathogeen zijn. Het wordt pathogeen wanneer de compositie van de plak zo veranderd dat species die gezond zijn, verminderen Welke leefgebieden biedt een element? Leg ze uit Er zijn verschillende oppervlakten die ieder opzich weer optimaal zijn voor kolonisatie en groei voor verschillende MO’s. dit komt door: De fysieke aard van het oppervlak Biologische eigenschappen van het oppervlak De approximale spleet + gingivale spleet = meeste bescherming voor MO Deze plekken kunnen anaeroob worden Bevat GCF = voedingsrijk Glad oppervlak Wordt enkel gekoloniseerd door enkele bacteriesoorten want is een extreme omstandigheid Fissuren/putjes occlusaal = plek voor de grootste MO gemeenschappen en dus meeste ziektes Wat voor effect hebben MO’s op de tanden? Hoe? Goede bescherming tegen verplaatsende krachten: bv speeksel Kan voedings tussen zitten voedingsbron Naast dat dus de omgeving (de tand) effect heeft op de MO’s, hebben MO’s ook effect op hun omgeving. Het metabolisme van de MO’s hebben effect op hun omgeving: ze wijzigen de fyieke en chemische omgeving Voorbeeld: vroege kolonisaties gebruken O2 en geven CO2 en H2 af zodat obligaat anaerobe bacterien een goeie omgeving krijgen Hoe hebben voortschrijdende ziektes effect op de omgeving (Caries/ paro)? Als een ziekte voorgaat verandert de omgeving: caries: hoe verder hoe meer in het dentine = een andere voedingsbron en dus veranderen de lokale omstandigheden voor het MO Gevolg zuurder en nog anaerober door de opeenhoping van de bacteriele producten van hun metabolisme Paro: Pockets worden groter GCF neemt toe SAMENVATTEND: elke veranderig in de lokale omgeving roept een reactie op van de MO’s verschuiving van samenstelling + het metabolisme van het microbioom Wat is de functie van Speeksel? Wat is de functie mbt bescherming vd tanden Keypoints: 1. Smering 2. Opruimen van voedsel 3. Bufferen van microbiele zuren 4. Verminderen demineralisatie 5. Bevorderen remineralisatie tandweefsel 6. Bevorderen aanhechting en groei van geselecteerde MO’s 7. Levert componenten van aangeboren als verworven reacties om kolonisatie te beperken = specifieke en niet-specifieke gastheer defence factoren Volledig speeksel = water (99%), eiwitten (0,3%), anorganische moleculen (0,2%), lipiden en hormonen Speekselstroomsnelheid <1 ml/min , dagelijks 1 – 5 L geproduceerd pH speeksel: 6,75 – 7,25 Functies: Kauwen, proeven, verteren slikken, smerekn, wondgenezing Beschermen: Demineralisatie voorkomen Remineralisatie bevorderen Voedsel klaren Zuren bufferen deze komen van metabolism van koolhydraten door bacterien Bicarbonaat! Wat is het speekselproteoom? Speeksel bevat meer dan 2000 soorten eiwitten = proteoom – verzameling van allle eiwitten. Wat voor rol speelt speeksel ivm MO’s? Bevordert kolonisatie Bevordert verwijdering van MO’s in de mond Speeksel bevat 108 levensvatbare MO / ml, deze zijn afkomstig van orale oppervlaken (tong, tandplak). Door slikken worden deze snel verwijderd = verdedingsmechanisme gastheer kunnen zich daar niet in leven houden Wat voor invloed hebben eiwitten & glycoproteinen (componenten uit speeksel) voor effect op MO’s? Ze beïnvloeden orale microbiota door: Eiwitten & glycoproteinen adsorberen aan het tandoppervlak waardoor ze een film vormen (=pellicle) die de mondoppervlakten beschermt + zorgt voor receptoren waaraan alleen bepaalde microben kunnen hechten Ze fungeren als primaire bron van nutrienten (koolhydraten, eiwitten) voor de aanwezige microbiota Ze aggregeren exogene micro-organismen kunnen zo makkelijker uit de mond gaan via inslikken Remmen groei van sommige exogene MO’s Waar groeien MO in de mond van? Hoe verkrijgen MO’s deze stoffen? Aminozuren : zijn niet vrij aanwezig in speeksel Aminozuren worden verkregen uit speekselproteinen en peptiden door werking van microbiele proteasen en peptidasen Koolhydraten: vrije koolhydraten komen weinig voor Orale bacterien produceren glycosidasen knippen Hiermee zijketens van gastglycoproteinen af Ureum Het metabolisme zorgt voor een nettoproductie van alkali, dit draagt bij aan de stijging van de pH na zuurproductie na inname van fermenteerbare koolhydraten via de voeding. Wat is het gevolg van metabolisme van die stoffen? Hoe word de kolonisatie van bacterien & schimmels in de rol beheerst? Speeksel beheerst de kolonisatie door antimicrobiele factoren: Lysozym, lactoferinne, sialoperoxidasesysteem (allemaal aanwezig in speeksel) Antilichamen IgA (slgA) (deze vooral), IgG en IgM Peptiden zoals histidine rijke polypeptiden (histatines), cystatines, defensines Speeksel = verdediger van de mondholte Wat zijn de niet-specifieke defence factoren van de mond? Speekselvloed fysieke verwijdering van loszittende MO’s GCF fysieke verwijdering van loszittende MO’s Mucines/agglutinine aggregatie & fysieke verwijdering van MO’s Lysozyme-protease-anion cel lysis Lactoferrine ijzer vastlegging Apo-lactoferrine cel dodend Sialoperoxidase system Hypothiocyaniet productie (neutral pH) Hypocyaanzuur (lage pH) Histatine antischimmel & beetje antibacterieel Defensines antimicrobieel & immunomodulaire activiteit Cystatines, SLPI & TIMP Cysteine, serine & metalloprotease inhibitors chitinase & chromogranin anti schimmel Wat zijn de specifieke defence factoren in de mond? Wat is GCF? GCF = een serumachtige vloeistof door het junctionele epitheel van de gingiva. Normaliter stroomt het traag maar bij parodontale aandoeningen versnelt dit. De GCF stroom maakt deel uit van de ontstekingsreactie op de opeenhoping van biofilm rond de tandvleesrand. Hoe beïnvloed GCF de microbiële ecologie? Welke factoren van GCF zorgen voor meer pathogenen? cathelicidine & calprotectin antimicrobieel intraepitheliale lymfocyten & Langerhans cellen cellulaire barriere tegen binnendringende bacterien en / of antigenen sIgA voorkomt MO adhesive & metabolism IgG, IgA, IgM voorkomt MO adhesive , opsoninen, complementaire activatoren Complement eiwitten activeren neutrofielen Neutrofielen/ macrofagen fagocyteren 1. 2. 3. Verwijdert niet aangehechte MO’s Het introduceert verdedigingscellen van de gastheer (antilichamen & neutrofielen vooral) Bron van voedingsstoffen voor de residente MO’s Subgingivale plaque bevat bacterien die proteolytisch zijn (eiwitsplitsend) en deze werken synergetisch samen om gastheereiwitten & glycoproteinen af te breken om zo koolhydraten, peptiden, aminozren voor groei te verkrijgen Cofactoren voor groei kunnen ook verkregen worden van hemebevattende moleculen (transferrine, hemopexine, hemoglobine) pH: GCF zorgt voor een STIJGING van pH in de pocket van normaal 6,90 ongeveer 7,25 – 7,75 bij ontsteking (gingi / paro) kan leiden tot concurentie tussen bacterien verhouding wordt anders : sommige pathogenen groeien beter in alkalische omgeving sommige proteasen van opportunistische pathogenen worden versterkt bij alkalische pH Welke defence factoren vind je in GCF? Factoren die de groei van MO in de mond beinvloeden Hoe beinvloed temperatuur de groei van MO’s? Welke soorten MO’s vind je in de orale microbiota? leukocyten (95% neutrofielen; rest lymfocyten, monocyten) antimicrobiele peptiden & enzymen: collagenasen & elastasen breken gastheerweefsels af weefselvernietiging temperatuur redoxpotentiaal pH nutrienten gastheerverdediging normale temperatuur mond = 35 – 36 graden ziektes in pockets zorgen voor verhoging tot 39 graden verandert genexpressie van bacterien verandert concurrentievermogen van individuele soorten weinig / geen aerobe soorten: meerderheid is facultatief anaeroob = kunnen groeien met of zonder O2 zeker anaeroob = O2 is giftig voor ze capnofielen = CO2 vereiste micro-aerofielen = lage O2 concentraties nodig geen scherp onderscheid tussen anearobe en aerobe trouwens Hoe beinvloed het redoxpotentiaal/ anaerobiose de groei van MO’s? Zuurstof is de meest voorkomende gereduceerde elektronenacceptor in de meeste microbiele habitats. Gevolg van O2 reductie = oxidatie van de omgeving Sommige anaeroben kunnen overleven bij een lage O2 concentratie. De verspreiding van anaeroben is gerelateerd aan het redoxpotentieel op bepaalde locaties De redoxpotentiaal daalt als tandplaque langer zit (van +200 mV sterk geoxideerd tot -141 gereduceerd) na 7 dagen zorgt voor een specifieke opeenvolging van kolonisatie: vroege kolonie gebruiken O2 en produceren CO2 latere kolonisatoren H2 en andere reductiemiddelen (zwavel verbindingen, fermentatieproducten) DUS hoe lager Eh (redoxpotentiaal) hoe meer pathogenen plaats krijgen om te groeien Hoe beinvloed de pH de groei van MO’s? Vele MO hebben een neutrale pH nodig om optimaal te groeien. Speeksel (pH 6,75-7,25) reguleert de pH optimale groei MO De pH varieert in de mond hoogste = gehemelte (pH 7,34) laagste = mondslijmvlies pH 6,28 na consumptie van suikers daalt de pH tot onder 5 vanwege zuurproductie door MO’s (voornamelijk melkzuur), daarna herstelt de pH naar rustwaarden Gezonde bacterien in tandplak worden blootgesteld aan de lage pH’s en zijn hier gevoelig voor gaan hier dood aan selectie van versterkte zuurtolerante soorten (streptoc mutans, bifidobacterium, lactobacillus soorten) , deze zijn normaal minder aanwezig. Bij deze verandering zijn oppervlaktes vatbaarder voor caries In GCF: Bij ziekte stijgt de pH in de pockets oorzaak = bacterieel metabolisme van ureum ammoniakproductie deaminering van aminozuren dus pH wordt alkalischer geeft ruimte aan bepaalde pathogenen die optimal groeien bij een hogere pH (P. gingivalis – optimaal bij pH 7,5) Hoe bereiken sommige een zuurtolerantie? Zij bezitten bepaalde metabole eigenschappen & hebben stress responseiwitten (H4) Wat voor nutrienten dragen bij aan de groei van MO’s, waar halen ze dit vandaan? Endogene & exogene voedingsfactoren Hoe worden endogene voedingsstoffen afgebroken? MO’s werken hiervoor synergistisch samen Reden = weinig soorten hebben het volledige enzympakket om de moleculen te kataboliseren Waardoor kunnen endogene voedingsbronnen veranderen? Hormonen veranderen dit: ze kunnen nieuwe voedingsbronnen vormen voor bepaalde pathogene bacterien (bv prevotella soorten) Zwangerschap bv meer kans op tandvleesontsteking (=zwangerschapsgingivitis) Welke exogene voedingsstoffen / patronen hebben effect op de microbiota? Endogene voedingsfactoren spelen de grootste rol, de belangrijkste bronnen zijn: speeksel: bevat aminozuren, peptiden, eiwitten, glycoproteine, vitamines GCF: levert potentiele voedingsstoffen zoals albumine, glycoproteinen, gastheereiwitten, heembevattende moleculen Verschillende soorten dieten geven geen verschil Wel : Fermenteerbare koolhydraten = enige klasse van exogene verbindingen die de ecologie erg beinvloed afbraak tot zuren verschuiving microbiota in tandplak zuurtolerante soorten nemen toe / zuurgevoelige nemen af metabolisme van plaque verandert overheersende productie van lactaat (=fermentatieproduct) tandcaries Zuivelproducten = beperkte invloed op ecologie Melk wijzigt glazuurvlies Kaas verhoogt speekselstroom & pH verhoging tandplak Groene groente nitraten Nitraten wordt gevoncentreerd door speekselklieren zodat de speekselconcdentratie hoger is dan in plasma. Facultatief anaeroben reduceren nitraat tot nitriet dit verlaagt onze bloeddruk & stimuleert slijmproductie Nitriet in de maag wordt omgezet in NO (stikstofmonoxide) gunstig voor gastheer & antimicrobieel. Wat zijn de verdegingsmechanismes van de gastheer die een rol spelen bij bescherming/integriteit van de mondoppervlakken (glazuur/ tanden) Wat zijn de functies van de verdediginsstoffen Aangeboren (niet-specifieke) immuniteit Adaptieve (specifieke) immuniteit 1. Aangeboren immuniteit: Speekselstroom spoelt losse MO’s van de oppervlakten Desquamatie afschilfering van huid Speekselcomponenten: Mucines = agglutinines= hoogmoleculaire glycoproteine die meer dan 40% koolhydraten bevatten. 2 soorten: Mucineglycoproteine 1 = MG1 Mucineglycoproteine 2 = MG2 Functies: Agglutineren met MO’s = samenklonteren Reageren met exogene pathogenen maakt inslikken makkelijker waardoor de MO’s dan verwijderd worden Koolhydraten op mucinen worden gebruikt als voedingsstof Kan reageren met andere speekselcomponenten (bv IgA) om antimicrobiele activiteit te versterken Lysozymen = enzymen die de wand van een bacterie aanvallen Functies: Aggregeren van Gram + en Gram – bacterien Lyseren: dmv hydrolysatie peptidoglycaan (= iets dat de bacteriele celwand vertevigt) Bij zure pH wordt de werking van lysozymen versterkt (komt door anionen en proteasen) Chitinase = hydrolyseert bindingen in chitine, onderdeel van de celwand van schimmels Functie: Gistcelwanden aanvallen Lactoferrine = ijzerbindend eiwit Lactoferrine is alleen schadelijk voor pathogene bacterien. Goede bacterien zijn niet afhankelijk van ‘vrij’ ijzer (=apolactoferrine) Functie: Ijzer bewaren/apart houden omdat bacterien ijzer (Fe3+) gebruiken om te groeien. Dus gastheer wil dit van hen wegnemen Bacteriostatisch Bacteriedodend Schimmel/gist dodend Antivirale en ontstekingsremmende & immunomudelerend eigenschappen Speekselperoxidase enzymsysteem = sialoperoxidase Ondersteunt de productie van natuurlijke antibacteriele middelen: Bij neutrale pH Hypothiocyaniet Bij zure pH hypothiocyaanzuur Deze stiffen worden geproduceerd van waterstofperoxide & thiocyanaat. Waterstofperoxide wordt uitgescheiden door Streptococcus guinis en S mitis Functie: Die stoffen remmen de glycolyse voor plaque bacterien geen metabolism meer dus dood Myeloperoxidase zit in PMNL’s = polymorfonucleaire leukocyten in de gingivaspleet draagt bij aan de peroxidase activiteit in speeksel Welke 3 AMP’s vind je in speeksel? Gastheerverdedigingspeptiden / antimicrobiele peptiden (AMP’s) = kleine kationische peptiden (<50 aminozuren) die samenwerken met andere aangeboren verdedigingsmoleculen. Zitten in speeksel en sommigen in GCF Voorbeelden: Histaninen Defensinen Cathelicidine peptide LL-37 Functie Met hun amfipatische eigenschappen binden ze aan de celwanden en maken ze dan lek Remmen van exogene pathogenen dmv synergetische samenwerking met andere aangeboren verdeigingsmechanismen Bieden middel waarmee gastheer controle kan uitoefenen over residente orale microbiota Binden & neutraliseren potentieel inflammatoire moleculen die op oppervlakten van microben worden gevonden (bv LPS) Chemotactisch (=aanlokkend) voor afweercellen van gastheer (neutrofielen & lymfocyten Hebben epitheelcel stimulerende eigenschappen en versnellen de wondgenezing Histatinen : belangrijkste zijn type 1, 3, 5 Type 1: maakt hist type 2 Type 3: maakt alle andere histatines Functie: o Rol bij wondgenezing: stimuleert celmigratie en celstrekking; verbindt aangeboren en verworven immuunsysteem met elkaar o Voorkomt inductie van cytokinenm door bacteriele buitenmembraaneiwitten o Remmen adhesinen en proteasen van gastheer en bacterien Defensinen = familie van bacteriele peptiden Breed sprectrum van antibact, schimmel en antivirale (HIV) activiteit Functie: o Menselijke B-defensinen (HBD’s) beschermen slijmvliesoppervlakken : gingiva, mondslijmvlies, tong mucinen beschermen ze tegen afbraak & komen beter in contact met mucine aggregeerde bacterien lokken afweercellen aan Cathelicidine (LL-37 peptide) = peptide uitgescheiden door epitheelcellen en zit in neutrofielen Functie o Binden ontstekingsmoleculen (bv bacteriele lipopolysacchariden) o Chemoactrant afweercellen o Alarmins = ze activeren andere componenten van de aangeboren en adaptieve immuunrespons. Cystatines = groep cysteine proteasen remmers Functie: Controle van proteolytische activiteit (=afbraak van proteine met hydrolyse) van gastheer (bc proteasen die vrijkomen bij ontsteking) OF van MO’s Remmen virussen Cystatine C stijgt tijdens gingivitis en parodontis Andere remmers: SLPI = secretory leucocyte proteinase inhibitor = o Remt proteasen betrokken bij vernietiging van inflammatoir weefsel o Antimicrobiele en antivirale werkingen TIMPs = tissue remmer metalloproteinasen Calprotectine = calcium en zinkbindend eiwit die groei bacterien remt PSP = parotis secretoire protiene = aggregeert bacterien & bindt LPS Chromogranine A = schimmelwerend Kortom, wat zijn de aangeboren immuniteit verdedigingslinies in de mond? 1. 2. 3. Speekselstroom Desquamatie Speekselcomponenten a. Mucinen = speekselagglutininen b. Lysozymen c. Chitinase d. Lactoferrine e. Speekselperoxidase systeem f. AMP’s (Histaninen, Defensinen, cathelicidine) g. Cystatines Wat zijn de componenten van de specifieke afweermechanismens van de gastheer? 1.) Intra-epithelialie lymfocyten 2.) Langerhanscellen 3.) Immunoglobulinen: IgA , IgG a. Meest voorkomend = IgA (sIgA) plasmacellen In SPEEKSEL b. IgG , igM, IgA komt voor in speeksel maar vooral van GCF GCF: IgG, leukocyten Speeksel: IgA Waar worden IgA (SIgA) geproduceerd? Door plasmacellen in de speekselklier Wat is de functie van SIgA Wat is het verschil tussen de IgA & IgG? Iga: Zit in speeksel Vooral actief tegen reeks orale bacterien bv streptokokken Agglutineren van orale bacterien Moduleren enzymactiviteit Remmen aanhechting van bacterien aan buccaal epitheel & glazuur IgG Cirkulerend Tegen veel meer soorten Mo’s aanwezig, zelfs als je gezond bent. Welke stoffen van de aangeboren en verworven immuniteit werken synergetisch samen? Welke factoren kunnen van invloed zijn op het microbioom in de mond? Welke factoren kunnen van invloed zijn op mondziekten/het microbioom? Wat is microbiele homeostase? Lysozymen (aangeboren) + sIgA (verworven) kunnen reageren met mucinen (aangeboren) & kunnen daarna aan afweercellen gepresenteerd worden sIgA + speekselperoxidase + mucinen genetische afkomt kernmicrobioom = microbioom die in essenstie bij alle mensen gelijk is bijkomend microbioom = verschillend levensstijl dieet met suiker lage pH meer zuurtolerante soorten (s. mutans, bifido, lacto) roken meer obligaat anaeroben + meer parodontale pathogenen (filicator alocis, dialister sp, fusobacterium nucleatum enz) geslacht gastheer genetica etnitieit omgevingsfactoren ondanks dat omgevingsfactoren invloed hebben op het microbioom, blijft het microbioom over tijd toch relatief stabiel, deze stabiliteit = microbiele homeostase Microbiologie – Hoofdstuk 3: De samenstelling van de residente orale microbiota Kernwoorden/vragen Samenvatting Uit welke micro organismes bestaat het orale microbioom? De orale microbiota is divers en bestaat uit een groot aantal virussen, mycoplasma's, bacteriën, gisten en soms zelfs protozoa en archaea. Wat zijn arachaea? Arachaea = prokaryoten (bacterien zijn dit ook) eencellige micro-organismen. ze hebben geen celkern en bevatten weinig andere cellulaire structuren. Extremofiele levenswijze De archaea werden traditioneel geclassificeerd als bacteriën en kregen daarbij de naam archaebacteriën Wat is het verschil tussen een arachaea en bacterie? Arachaea beschikken over stofwisselingsroutes die bacterien niet hebben Methanogenese = vorming van methaan. treedt op wanneer biomassa in zuurstofloze condities wordt afgebroken. Waardoor is het microbioom in de mond zo divers? Dit komt door de vele verschillende habitats in de mond (oppervlakten) die voorzien zijn van een reeks endogene en exogene voedingsstoffen. Hoeveel soorten zitten er in onze mondholte? Er zijn meer dan 700 prokaryote (geen celkern)soorten geïsoleerd uit de menselijke mondholte; ongeveer 49% is officieel benoemd, 17% is naamloos (maar kweekbaar) en 34% is alleen bekend als ongekweekte fylotypes. Wat is classificatie? is de indeling van organismen in groepen (taxa) op basis van hun overeenkomsten en verschillen Wat is identificatie? het proces waarbij wordt bepaald of een nieuw isolaat (enkele) tot een bepaalde groep (taxon) behoort. Wat is taxonomie? Het proces van classificatie, nomenclatuur en identificatie van micro-organismen Wat is het verschil tussen genus en species? Wat is chemotaxonomy? Wat is serologie? Onderscheid op basis van chemische compositie van de cel(structuren) Hierbij wordt gekeken naar de interactie van antigenen en antistoffen Wat zijn de principes van microbiele classificatie? Hedendaagse classificatieschema's zijn meer gebaseerd op het bepalen van de genetische verwantschap tussen stammen, bijvoorbeeld door vergelijking van de sequentie van 16S ribosomale ribonucleïnezuur (RNA) genen (16S rRNA). Binnen het rRNA-gen van bacteriën en schimmels zijn sommige stukken desoxyribonucleïnezuur (DNA)-sequentie geconserveerd, terwijl andere gebieden zeer variabel zijn en evolutionaire divergentie weerspiegelen. Bacteriële rRNA-genen zijn doorgaans ongeveer 1500 basisparen lang, wat kort genoeg is voor snelle sequentiebepaling met behulp van geautomatiseerde DNA-sequentiebepalingsapparatuur en lang genoeg om waardevolle discriminerende informatie te verschaffen om overeenkomsten en verschillen tussen stammen aan te tonen Waarvoor kan PCR gebruikt worden? kan worden gebruikt om onbekende stammen te classificeren en om isolaten te identificeren. Wat is metagenomics? Met Metagenomics wordt het DNA/RNA gebruikt om te bepalen welke (micro-) organismen aanwezig zijn. Door de vele toepassingen is Metagenomics een belangrijke lifescience sleuteltechnologie waarmee meer grip gekregen kan worden op verantwoordelijk beheer en behoud van onze ecosystemen. Men kan door middel van metagenomisch onderzoek te weten komen welke micro-organismen er in een bepaalde omgeving leven, wat hun soortenrijkdom is en welke mogelijke functie ze vervullen.[1] Wat is het gevolg van classificatie? Het voorstellen van nieuwe soorten (species) Wat is een soort/ species? Een soort vertegenwoordigt een verzameling van stammen die veel gemeenschappelijke kenmerken hebben en aanzienlijk verschillen van andere stammen. Is een soort eenmaal erkend, dan wordt een type-stam aangewezen met eigenschappen die representatief zijn voor de soort. Wanneer wordt het een subspecies? Termen: serotype = serovar biotype = biovar Hoe kan een stam nog meer worden onderschieden/ met welke techniek? --------------------------------------Wat zijn principes voor conventionele microbiele identificatie? Een soort kan worden onderverdeeld in ondersoorten indien kleine maar consistente fenotypische variaties kunnen worden herkend. Evenzo kunnen groepen stammen binnen een soort soms worden onderscheiden door een speciaal kenmerk = stamen met een specifieke antigen samenstelling, worden herkend met behulp van antillichamen = stammen met een speciale biochemische/fysiologische samenstelling Op Culturen moleculair niveau op basis van elektroforese bv Als organismen eenmaal correct zijn ingedeeld met behulp van strenge technieken, kunnen eenvoudiger identificatieschema's worden opgesteld waarbij slechts een beperkt aantal belangrijke discriminerende eigenschappen wordt vergeleken. De eerste fase kan bestaan uit de reactie van een organisme met de Gram-kleuring en de bepaling van de celmorfologie. Bacteriën worden dan beschreven als bijvoorbeeld Gram-positieve cocci of Gram-negatieve staven, enz. Conventionele microbiële identificatieschema's kunnen alleen worden gebruikt wanneer organismen in een zuivere cultuur zijn geïsoleerd en gekweekt Wat is het nadeel van conventionele technieken? Het groeien op een zuivere cultuur zorgt voor bias voor MO’s die makkelijk en snel groeien onder labaratorium omstandigheden Wat is een oplossing voor conventionele technieken? Alternatieve, cultuuronafhankelijke technieken Deze laten een nauwkeuriger beeld van diversiteit van het orale microbioom zien Wat is het nadeel van de orale microbiota? Ze zijn lastig te kweken. Slechts 30-50% is kweekbaar in zuivere kweek. Maar er zijn steeds meer technieken om meerdere soorten te kweken etc. -------------------------------------Impact van moleculaire microbiele ecologie Hoe wordt genetische verwantschap van MO hoofdzakelijk bepaald? door vergelijking van 16S ribosomaal RNA (rRNA)-gensequenties of door sequentiebepaling van het hele genoom (WGS of NGS) Wat is de grootste impact van deze benaderingen (zie bovenstaande vraag)? de analyse van diverse gemeenschappen van micro-organismen uit een aantal habitats (moleculaire microbiële ecologie of metagenomica), waaronder de mond. is hun mogelijkheid om organismen te detecteren die in lage aantallen aanwezig zijn. Wat is een belangrijk voordeel van op PCR gebaseerde moleculaire benaderingen? Wat is de reden dat er onkweekbare bacterien zijn? Omdat we misschien nog niet de juiste omstandigheden voor hen kunnen creeren om te groeien (bepaalde voiding bv) Samenvatting paragraven Kennis van de orale microbiota is afhankelijk van nauwkeurige en robuuste classificatiesystemen op basis waarvan eenvoudiger identificatieschema's kunnen worden ontwikkeld. Beide processen zijn revolutionair veranderd door de komst van moleculaire benaderingen, vooral die welke gebaseerd zijn op 16S rRNA-gen en genoom sequentieanalyse. Uit vergelijkingen van gegevens uit kweek en moleculaire benaderingen blijkt dat ongeveer 3050% van de orale microbiota momenteel als "niet kweekbaar" wordt geclassificeerd. Wat zijn moeilijkheden in de microbiele classificatie? Oude studies moet je voorzichtig interpreteren! Species die vroeger onder een bepaalde groep enzo hoorde zijn naar loop van tijd geherclassificeerd. Dus bv oude studies gebruikte nog de oude soortnaam Latijnse soortnamen zijn veranderd Microbiele taxonomie is erg dynamisch en veranderd snel door nieuwe ontdekkingen ------------------------------------Welke Gram positieven zijn voornamelijk te vinden in de mond? 1. Gram positieven Cocci: a. Streptococcus i. Mutans groep (s. mutans) ii. Salivarius groep iii. Anginosus groep iv. Mitis Staafjes a. Actinomyces a. naeslundii b. Lactobacillus c. Rothia dentocariosa d. Bifidobacterium a. Dentium b. Scardovia wiggsiae Welke gram negatieven ? 2. Gram negatieven Cocci a. Veillonella i. Parvula ii. Dispar iii. Atypica Staafjes b. Aggregatibacter actinomycetemcomitans c. Prevotella d. Porphyromonas gingivalis e. Fusoabacterium nucelatum f. Tannerella forsynthia Gram positieven Wat zijn kenmerken van streptokokken? 1. 2. 3. 4. 5. Mutans groep, wat zijn kenmerken? Waaruit bestaat de celwand van de mutans? Streptococcus Mutans: Facultatief anaeroob Mutans want kunnen veranderen van vorm van cocci naar staafjes/coccobacil Betrokken bij ontstaan Caries (grootste oorzaker) o Hij is zuurvormend! Zet suikers snel om in zuren Vooral te vinden op harde oppervlaktes zoals tanden o En dan vooral te vinden in tandplaque en carieuze plekken (niet op gezond glazuur) Er bestaan 7 soorten van de mutans streptokok o 9 serotypes : a-h & k o De mens bevat vaak meer dan 1 soort S. mutans in de mond Kunnen opportunistische infecties veroorzaken (endocarditits bv) Celwand: o Koolhydraat antigenen (antigen B) Zorgt voor aanhechting aan het tandoppervlak (= mogelijk target voor een caries vaccinatie) o Lipotheichinezuur o Lipoproteinen o Celwand geassocieerde eiwitten Produceren extracellulaire oplosbare & onoplosbare polysachariden uit sucrose (suiker) o Glucan o Mutan (=oplosbaar glucan enkel door s mutans geproduceerd) o Fructan (inuline structuur) helpt de rijping van tandplak en caries Kunnen van suikers ook intracellulaire polysacchariden maken dit zijn koolhydraat reserves. Ze zijn in staat om suikers snel om te zetten in zure fermentatie producten vooral lactaat. Overleven goed in zuur milieu De soorten Kunnen ondelring communiceren doordat ze signaal moleculen afgeven deze zorgen voor genetische competentie(=DNA opnemen) & zuur tolerantie van buurcellen 1. Salvarius Groep kenmerken S sobrinus (=s mutans serotype d & g) sterk geassocieerd met careis = 1e kolonisator mucosa bij baby’s - - Streptococcus vestibularis? Vind je op alle plekken in de mond Kweekbaar Alfa hemolytisch (=gedeeltelijke hemolyse) op bloedagar (hemolyse echter geen betrouwbare onderscheidende eigenschap) Bevat GEEN catalase (=enzym). dit onderscheidt hen van staphylocci en micrococci 4 groepen : mutans, salvarius, anginosus, mitis - vooral slijmvlies oppervlakken (vooral tong) maar overal in de mond te vinden produceert vanuit suikers (sucrose) o Levan gestructureerde fructan geeft typisch slijmerig uitziend uiterlijk aan de kolonie als hij wordt gegroeid op sucrose agar. (hier dus fructan met levan structuur) o Levenase die de eigen fructan kan afbreken o Glucanen maar minder o sommige stammen hebben urease activiteit = kunnen uit ureum ammoniak maken geeft bepaalde geur en kan zweren in de mond geven. zelden geïsoleerd uit zieke plaatsen wordt niet als belangrijk opportunistisch pathogeen gezien Vestibulair slijmvlies Produceren: o geen extracellulaire polysacchariden (vorigen deden dit wel) o urease die amoniak kan genereren en zo de ph kan verhogen, o waterstofperoxide die kan bij dragen aan de sialoperoxidase systeem (=systeem van ons speeksel om te beschermen tegen mo) en dus de groei van concurrerende bacterie kan remmen (glycolyse remmen) (OSCN- remt MO’s) Anginosus groep (hoef je niet te kennen) - Mitis groep 1. - - groeit op tandplaque & mucosale oppervlakken betrokken bij purulente ziektes (maxillofaciale infecties) gevonden in interne organen zoals lever en hersenen, ook betrokken bij appendicitis, peritonitis, meningitis en endocarditis produceert geen ECM uit sucrose Streptococcus constellatus: vooral bij purulente infecties op grote aantal plaatsen S. intermedius: afkomstig uit hersenen en lever. Produceert een cytoxine genaamd intermedilysine die hem helpt te ontwijken aan de afweer door de functie van neutrofielen te verstoren S. anginosus: vooral bij purulente infecties op grote aantal plaatsen S sanguinis & S gordonii Vroege kolonisatoren van tandplaque Produceren o oplosbaar en onoplosbaar glucanen (wat is verschil) uit sucrose dragen bij aan de vorming van de biofilm o ammoniak uit arginine Beide soorten bestaan uit verschillende biotypes A. B. S. sanguinis produceert een protease die sIgA kan afbreken S. gordonii: bindt α-amylase waardoor ze zetmeel kunnen afbreken deze binding kan er ook voor zorgen dat de antigenen van de bacterie gemaskerd worden en dus niet meer herkend worden door het immuunsysteem 2. S mitis & S oralis Meest voorkomende 2 streptococcus - S mitis = verdeeld in 2 biotypes verschillende distributiepatronen S oralis : produceren neuraminidase die siaalzuur van oligosachriden van de zijketens van speekselslijmvliezen kan verwijderen en IgA-protease in staat extracellulair DNA op te nemen (genetisch competent) makkelijk in tandplaque waar veel micro-organismen bij elkaar zitten dit leidt tot grote genetische en fenoptypische heterogeniteit wanneer de eigenschappen van grote aantallen hiervan worden vergeleken Sommige, maar niet alle, stammen van deze twee soorten kunnen extracellulair glucan uit sucrose produceren. Staven: Antinomyces Wat zijn de kenmerken etc? Wat is de rol van urease Wat is de rol van neuramidase? Wat is het verschil tussen homofermentatief en heterofermentatief? Key points G+ - Veel fimbrae (=pili/ pillus) zorgt voor hechting aan oppervlakten neutraliseert pH in plaque kan receptoren in het glazuur wijzigen Hetero = lactaat bacterien die ethanol/ acetaat en CO2 als bijproduct van fermentatie hebben Homo = enkel lactaat als bij product van fermentatie Gram-positieve bacteriën komen algemeen voor op de meeste mondoppervlakken. De voornaamste geslachten zijn Streptococcus en Actinomyces; representatieve soorten worden aangetroffen op gezonde plaatsen, hoewel vele ook als opportunistische ziekteverwekkers kunnen optreden. Zo worden mutans-streptokokken betrokken bij tandcariës, terwijl de anginosus-groep en de mitis-groep van streptokokken vaak worden teruggevonden in respectievelijk abcessen en infectieuze endocarditis; Actinomyces israelii is betrokken bij actinomycose. Gram negatieven coccen: Vellionella Hoe komt het dat zij asachrolytisch zijn? Wat heeft dit voor effect? Zij missen glucokinase en fructokinase en kunnen daardoor geen koolhydraten metaboliseren. In plaats hiervan gebruiken ze intermediale metabolieten, met name lactaat. Lactaat = melkzuur sterkste zuur en betrokken bij oplossen van glazuur. Dus ze eten het lactaat en produceren dan propionzuren, zwakkere zuren. Zo beperken ze de potentiele schade van sacchrolytische bacterien. Wat is het effect van propionzuur geproduceerd door de G- veillonella? Propionzuur werkt saccharolytische bacterien (zoals streptococcen) tegen Veilonella is asacchrolytisch, ze eten lactaat. Ze kunnen lactaat omzetten in zwakkere zuren en daarmee de potentiele schade van sacchrolytische bacterien beperken Gram negatieve staafjes Waar bevinden obligaat anaeroben g- zich vooral? Op de tong & in tandplaque Wat is de functie van bruin pigment voor obligaat anearoben? Beschermt ze tegen zuurstof. Ze worden zwart gepigmenteerde anaeroben genoemd Wat is er lastig aan obligaat anaeroben? Ze zijn moeilijk kweekbaar (want kunnen niet tegen O2, O2 loze omgeving maken is moeilijk) degene die wel kweekbaar zijn zijn prevotella en porphyromonas . dit komt door hun bruine/zwarte pigment op bloedagar. Wat is een brugorganisme? kunnen bijna met alle bacterie aggregeren en is dus soort van een brug organismen tussen vroege en late kolonisatoren Keypoints - - Schimmels Zijn schimmels en gisten te vinden in de mond? - - Orale Gram-negatieve bacteriën zijn divers en omvatten soorten die facultatief en obligaat anaeroob zijn, alsmede soorten die microaerofiel en capnofiel zijn. Veillonella zijn anaërobe Gram-negatieve cocci die een belangrijke rol spelen in tandplak door lactaat om te zetten in zwakkere zuren. de meeste anaërobe Gram-negatieve bacillen worden aangetroffen in tandplaque, hebben een asaccharolytisch metabolisme en zijn voor hun voeding afhankelijk van eiwitten en glycoproteïnen; enkele veel voorkomende genera zijn Prevotella en Fusobacterium. De diversiteit van de soorten neemt toe bij parodontale aandoeningen De taxonomie van Gram-negatieve bacteriën is veranderd door moleculaire technieken zoals sequencing van het 16S rRNA-gen. Schimmels enkel bij patienten met AIDS o Aspergillus o Geotrichum o Mucor Gisten bij gezonde mensen zijn tijdelijk (transiente schimmels) Wanneer komen schimmels in de mond meer voor? Wanneer er intra-orale devices (orthodontie etc) in de mond zitten. Met name in de bovenkaak ip het pasvlak. Ze kunnen hardnekkig hechten aan acryl Candida? =gist Komt veel voor Dragerschap van 2 – 71% bij gezonden Protozoa Microbiologie – Hoofdstuk 4: Verdeling, ontwikkeling en voordelen van de orale microbiota Kernwoorden/vragen Samenvatting Wat is van invloed op de samenstelling van het microbioom bij een baby? 1. - 2. - 3. - De wijze van de geboorte (DUS MOEDER ERG BELANGRIJK BIJ ORALE MICROBIOOM: Vaginaal vs keizersnede geven andere microbioom. Keizersnede meer bacterien vd huid = staphylococcus soorten vaginaal meer vaginaal voorkomende bacterien lactobacillus, prevotella, atopobium Melk via borst/ fles Melk meer lactobacilli deze inhiberen de groei van S. mutans en Candida Albicans = voordeel dus Verticale transmissie – van moeder op kind via speeksel Geeft transmissie van Streptococcus salivarius, mutans streptokokken Wat zijn pioniersoorten? De eerste MO die zich vestigen, zij vormen de pionier-microbiele gemeenschap Wanneer stopt kolonisering door pioniersoorten? Door fysische en chemische factoren die weerstand gaan bieden. Dus biologische eigenschappen van de mond bepalen welke soorten succesvol koloniseren en welke zullen overheersen. Fysieke factoren: Desquamatie = afwerpen van epitheelcellen verwijdering microbioom Kauwen Speekselvloed Chemische factoren: Voeding Redoxpotentieel pH antibacteriele eigenschappen van speeksel Welke pioniersoorten overheersen de mond van baby’s? Waarom>? 1. S salivarius 2. S. mitis 3. S. oralis De diversiteit van de streptokokkenmicrobiota neemt toe met de tijd; na een maand zijn alle baby's gekoloniseerd door ten minste twee soorten Streptococcen, waarbij S. salivarius en S. mitis biovar 1 het meest voorkomen.De diversiteit van de pionierende orale gemeenschap blijft toenemen gedurende de eerste levensmaanden, en Gram-negatieve obligaat anaërobe bacteriën beginnen zich te koloniseren. Ze bevatten immunoglobuline A1 (IgA1) protease activiteit ze omzeilen Hiermee mucosale verdedingsfactoren Echter weizigt de metabole activiteit van deze soorten naar verloop van tijd waardoor er opgegeven moment plaats komt voor andere populaties Wat is een climaxgemeenschap? De pioniersgemeenschap (met weinig soorten) ontwikkelt zich zo dat er steeds meer groepen bij komen. Dit komt doordat ze factoren creeeren waardoor andere groepen kunnen gaan groeien (zoals andere voeding, andere pH etc) totdat er een evenwicht bereikt wordt, dit is de climaxgemeenschap. Hoog soortenrijkdom Dynamische situatie tussen gastheer, milieu en microbiota. DUS ZEKER NIET STATISCH Wat is microbiele successie? = het dynamische proces van soortensamenstelling binnen een habitat Waarom gebeurt successie in de mond? De mond verandert constant locatie met weinig niches naar steeds meer (tanden die doorkomen etc) Wat zijn de ecologische stadia in het vastzetten van het microbioom? / welke ontwikkelingsfasen zijn er om tot een climaxgemeenschap te komen? 1. 2. 3. 4. 5. 6. Transmissie 1. Verticaal: van moeder op kind Acquisition en colonisatie Pioniergemeenschap Microbiele successie zorgt voor nieuwe soorten Meer soorten Climax gemeenschap behaalt Daarbij hebben milieu omstandigheden effect op de microbiele successie (zoals voeding, tanderuptei) Welke 2 vormen van successie zijn er? Allogene successie = hierbij zijn factoren van niet-microbiele oorsprong verantwoordelijk voor het veranderende patroon van de gemeenschap Bv doorkomen tanden Inbrengen kunstgebit, orthodontie etc Autogene successie = microbiele factoren zorgen voor veranderingen Bv metabolisme van aeroben verlaagt de redoxpotentiaal in plaque wat een goeie omgeving creeert voor obligaat anaeroben Bv het eindproduct van de ene, wordt voer voor de ander. Verandert het microbioom in de mond veel? Overtijd is hij relatief stabiel (microbiele homeostase), vooral wanneer deze geanalyseerd wordt op genus- of soortniveau. De soorten waaruit de menselijke microbiota bestaat, vertonen vaak grote aantallen klonen, die in de loop van de tijd kunnen variëren. Klonen van sommige soorten blijken lang op een plaats te blijven, terwijl andere van voorbijgaande aard blijken te zijn en door nieuwe klonen worden vervangen. Dit kan een strategie zijn om dergelijke soorten te helpen de afweer van de gastheer te ontwijken. Wat zijn factoren die je microbioom kunnen beinvloeden naargelang je leeftijd? De samenstelling van de orale microbiota verandert tijdens het leven van een individu. Deze veranderingen correleren met belangrijke veranderingen in de biologie van de mond, zoals het doorkomen (of verlies) van tanden en kiezen, het dragen van een kunstgebit, veranderingen in de immuunstatus en levensstijl (dieet, roken, enz.). Er zijn veel factoren die het microbioom kunnen beinvloeden: Tanderuptie Glazuur beschadiging Verandering in immuunstatus Levensstijl (roken, voeding) Bv: - Orale objecten (beugel/protheses) meer candida albicans Hormonen (pil, zwangerschap, ..) meer gepigmenteerde anaeroben & provotella Doorkomen tanden tannerella forsythia ,// Veel zuur eten en drinken veel zuur tolerante species & cariogene ( Roken meer fusobacterium, porphyromonas, & VERMINDERING Veillonella, streptococcen Hoe ouder hoe minder Ig in speeksel meer mondziektes 1.Kleine monsters van afzonderlijke plaatsen (=voorkeur) Want: de mond is zo divers & samenstelling varieert erg + daarbij zijn er veel niet-kweekbaren Verdeling van het residente orale microbioom Wat vind je vooral op de lippen & het gehemelte? - In de mond vooral gram-negatieve microflora - Vooral staphylococci (mitis, oralis), micrococci en gram-positieve staafjes Lippen: o Facultatieve anaerobe streptococci komen veel voor o Veionella & neisseria ook gevonden maar <1% o Ruimte tussen gingiva en lip s. vestibularis o Candida albicans in de mondhoeken Gehemelte: o Vaak candida albicans bij protheses etc o Gezonde mensen hebben vaak streptococci: S. mitis, S. oralis and S. infantis) - Wang? Tong? - Wat maakt de tong een goede habitat? Speeksel - - - Samenvatting Vooral streptococci (40%) o Salivarius en mitis Ook veillonella, gram-positieve staafjes Vooral gram-negatieve anaeroben zorgen voor een slechte adem (zwavelverbindingen) Het dorsale gedeelte van de tong heeft een sterk gepapilleerd oppervlak dat een groot oppervlak biedt en een hogere bacteriedichtheid en een meer diverse microbiota ondersteunt dan andere oppervlakken van het mondslijmvlies. - Tanden Vooral streptococci o Mitis Obligate anaeroben niet veel aanwezig Wordt niet beschouwd als eigen residente microflora slikken van speeksel voorkomt vermenigvuldiging in het speeksel Microflora die vooral voorkomt in speeksel is vaak van de tong o Heb je veel potentiaal cariogene bacterien in speeksel word je risicopersoon en kom je in aanmerking voor intensieve mondhygiëne, antimicrobiële therapie en voedingsadviezen Vooral gram-positieve staafjes en filamenten o Mutans, mitis, anginosus o actinomyces gering: S. salivarius gingivale spleet & kunstgebitten vooral obligate anaeroben Compositie verschilt erg kwantitatief en kwalitatief gezien vergeleken met andere oppervlakken in de mondholte Orale microbiële populaties zijn niet gelijkmatig over de mond verdeeld. Er treden grote verschillen op in de prevalentie van individuele soorten op bepaalde plaatsen in de mond (tabel 4.5; Fig. 4.6), waardoor elke habitat een karakteristieke microbiota heeft. Desquamatie zorgt ervoor dat de microbiële belasting op de meeste mucosale oppervlakken laag is, hoewel de gepapileerde oppervlakken van de tong de accumulatie van complexe microbiële gemeenschappen, waaronder obligate anaëroben, bevorderen. Tandplaque, vooral op stilstaande plaatsen op de tanden, herbergt de meest diverse microbiota. Belangrijke factoren die de verspreiding van de orale microbiota beïnvloeden, zijn de pH, de beschikbaarheid van voedingsstoffen, het redoxpotentieel en receptoren voor hechting (zie hoofdstuk 2). Different populatios door: biologic and physical properties. Cheecks, lips, palate Desquamation Saliva is major influence Microflora has low diversity Streptococcus spp. Dominates Some periodontal pathogens persist by invading buccal cells Tongue Highly papillated surface Some anaerobic sites Desquamation Diverse microflora Facultative and obligate anaerobes Streptococcus, actinomyces, rothia, neissaria, some Gram negative anaerobics Metabolisme Welke nutrienten leveren wij mensen het meeste? Met welke systemen passen bacterien zichzelf aan? Koolhydraten & nitrieten (=exogene nutrienten_ Omdat de omgeving kan veranderen moet het systeem van een bacterie er op gebouwd zijn om dit aan te kunnen. Er is een membraan gebonden systeem die hun genen kunnen activeren en remmen deze bestaat uit: Histidine kinase Response regulator De schommelingen in voeding vragen biochemische flexibiliteit Koolhydraat metabolisme Sucrose - Zetmeel = tafelsuiker, disaccharide van glucose + fructose (glucose, fructose zijn monosaccharides) Westerse dieet bestaat uit veel sucrose Het kan: Worden afgebroken door extracellulair bacterieel invertase a-glucosidases (= enzym) waardoor fructose en glucose direct opgenomen worden door de bacterie Direct in zijn geheel als disaccharide of als disaccharide fosfaat in de cel geplakt worden door een INTRAcellulair invertase (= enzym) of sucrosefosfaat hydrolase. Glucosyltransferases kunnen ze gebruiken voor extracellulaire polysacchariden o GTF (glucosyltransferases) produceren (on)oplosbare glucanen die belangrijk zijn voor de biofilm & hechting van bacterien aan tanden EPS GLUCAN = exopolysaccharide o FTF (fructosyltransferases) produceren fructans kan gemetaboliseerd worden door andere MO’s Bevat amylose & amylopectine Amylase uit speeksel & van bacterien breekt het af tot maltose o Sommige Streptokokken kunnen amylase binnen krijgen hierdoor een extra metabolisch vermogen o S mutans bevat spectrum van enzymen (pullulanase, endodectranase, exodextranase) dat zetmeel uit voeding kataboliseert Wat is het belang van suikertransport? Wil de bacterie het gebruiken voor biomassa productie of energie, dan moeten suikers via het cytoplasma membraan in de bacteriecel komen. Hoe kunnen bacterien suiker transporteren? Door: 1. PEP-PTS = fosfonolpyruvaat fosfotransferase transport systeem 2. Msm = multiple suiker metabolsime systeem 3. Glucose permease Wat is PEP-PTS? PEP Groep translocatie systeem = actief transport Snel bindend suiker transport systeem voor mono en disacchariden in sacchrolytische orale bacterien (Streptococcen, actinomyces, lactobacillen) Bacterien nemen suikers op en halen hun energie uit PEP. Dus bacterien fosforyleren de suikers. Het systeem gebruikt ook enzymen van het plasmamembraan & cytoplasma En cytoplasmatische fosfor transfer proteines: Enzyme 1 HPr = histidine protein Naar membraan gebonden enzyme 2 complex (EII) - De fosfaat groep wordt overgegeven van PEP E1 HPr EIIa EIIB kan hierdoor glucose de cel inbrengen. De glucose wordt dan gefosforyleerd zodat het de cel binnenkomt. Wat is het voordeel? = dat er energie in de vorm van ATP nodig is energierijke fosfaat binding wordt bij groepstranslocatie (PTS) direct over gezet op suiker. Tijdens het trasnport wordt het substraat direct gefosforyleerd. Dit is energie zuiniger. Het voordeel dat glucose gefosforyleerd binnenkomt is dat het daarna de cel niet uitlekt. Dus je creeert hiermee een 1 richtings verkeer van glucose de cel in. In de cel: Hoe wordt de activiteit van het PEP systeem gereguleerd? buiten cel: Het wordt gestimuleerd wanneer er sprake is van..: Koolhydraatbeperkingen Neutrale pH Langzame bacteriegroei Het wordt geremd door: Overtollig suiker Lage pH Hoge groeisnelheden Waarom is die regulatie belangrijk? Omdat orale streptokokken in tandplaque voortdurend worden blootgesteld aan tijdelijke omstandigheden van lage pH en hoge suikerconcentraties. Wat is het MSMtransportsysteem? = multiple sugar metabolisme (vooral bij S.mutans) Systeem om suikers de cel in te tranporteren. Transporteert veel voorkomende suikers (sucrose, melibiose, raffinose, malotse) Werking in plaque etiologie nog onbekend maar waarschijnlijk betrokken bij transport van afbraakproducten van extracellulaire polysacchariden tussen maatlijden wanneer er weinig toevoer is van mono en disacchariden. Wat gebeurt er bij hoge suikerconcentraties? Welk systeem? Dan wordt PEP-PTS onderdrukt & wordt het suikertransport versterkt door een ATP-afhankelijk glucosepermease systeem Werkt goed bij hoge groeisnelheden & lage pH transport van suiker in cel, wordt gefosforyleerd op binnenmembraan & sommige bacterien kunnen glycogeen vormen als er te veel suikers zijn om zo hun overschot aan glycolytische tussenproducten te verminderen. Die tussenproducten zijn namelijk toxisch. Deze organismes kunnen erg goed omgaan met fluctuerende feest en hongersnood omstandigheden Waaruit kunnen bcacterien koolhydraten verkrijgen? 1. 2. Uit voeding Uit gastheerglycoproteinen (uit speeksel; mucines ,, en GCF; transferrine) Hoe halen bacterien voeding/koolhydraten uit de gastheer zelf? Mbv glycosidasen deze verwijderen oligosaccharidezijkents van glycoproteinen deze gaan dan naar bv PEP-PTS Is het effect van gastheerglycoproteines net zo erg als sucrose? Nee. De zuurproductie is daarbij trager dan bij exogene suikers. Dit veroorzaakt bijna geen demineralisatie van glazuur. Kan ieder bacterie al deze pathways hebben? Nee bacterien werken synergetisch samen. Niet iedere bacterie bevat al de enzymen voor die stappen Wat is er bijzonder aan S oralis & opname van koolhydraten? Het bevat een neuraminidase, sialidase, = enzym dat siaalzuur splits Siaalzuur = een koolhydraat van menselijke glycoproteinen Deze enzymen worden gestimuleerd als S. oralis groeit in aanwezigheid van glycoproteinen Vervolgens worden siaalzuur & N-acetylglucosamine van de oligosaccharidezijketens geknipt en in de cel getransporteerd. Enzymen die deze n-acetyl suikers afbreken worden dan in de cel gestimuleerd. Siaalzuur zorgt maar voor weinig lactaat als eindproduct Zijn belangrijkste fermentatieproducten zijn formiaat en ethanol. Wat gebeurt er als de suikers de cel binnen zijn gekomen? Hoe werkt lactaat uitscheiding? Dan worden ze gemetaboliseerd via sowieso glycolyse. tot pyruvaat Daarna kan pyruvaat Aeroob omgezet worden via czc Anaeroob fermentatie -> meeste orale bacterien metaboliseren pyruvaat anaeroob tot organische zuren Lactaat is het afvalproduct van de fermentatie van koolhydraten. Bacterie leeft in een zure omgeving. Het cytoplasmatische pH is vaak neutraal voor optimaal werken van de enzymen in de cel. ATP-ase handhaaft deze pH door protonen naar buiten te pompen (proton efflux systeem) In S. mutans vindt het volgende plaats: Lactaat hoopt zich op in de cel bij fermentatie ATP-synthase (een F1F0-ATPase) pompt protonen uit de cel dit geeft een transmembraan pH-dradient. De gradient zorgt voor een drijvende kracht om lactaat als melkzuur de cel uit te krijgen Als dit proces eenmaal is gestart is er geen metabole energie nodig voor lactaatefflux waardoor ATP teruggave van koolhydraatkatabolisme wordt gemaximaliseerd. Is het metabolisme van suikers zoals glucose, sacharose, sorbitol, xylitol en lactose hetzelfde? Ja en nee, globaal wel, namelijk glycolyse gevolgd door of citroenzuurcyclus of fermentatie. Er bestaan verschillen afhankelijk van de opbouw van suiker Produceren alle bacterien zuren met dezelfde snelheid ? Nee, in verschillende snelheden. Ook scheiden ze niet allemaal dezelfde zuren uit. Dit maakt dat er soorten zijn die beter in hele zure ph’s overleven dan andere. Sommige gaan dood Welke? S. mutans produceert het snelste zuren Lactobacillus kan het beste overleven in laagste pH’s Hoe noem je zuur tolerante MO’s? Acidure bacterien Wat is acidogeen? Zuurvormende bacterien Wat is kritische pH? Welk patroon zie je bij zuurvorming overdag en in de nacht? Wat zorgt ervoor dat een soort in een zure pH kan overleven? Welke mechanismes zijnhiervoor handig? Xylitol is een suiker vervangen (zoetstof) wat lijkt op een suiker maar structureel heel anders is (zit in kauwgom) het is ook antimicrobieel en het is niet metaboliseerbaar. Het is drm een heel mooi suiker. (anti cariogeen) De pH waarbij glazuur oplost pH 5,5 Wanneer er veel koolhydraten aanwezig zijn dan wordt vooral melkzuur aangemaakt (homofermentatie) Wanneer dit er niet is dan zie je veel vluchtige zuren zoals boterzuur, proprionzuur, azijnzuur etc (=heterofermentatie) . Als koolhydraten weer in overvloed aanwezig komen dan komt er een shift in concentratie van melkzuur en vluchtige zuren. Zo’n omschakelijk bevordert de deminderalisatie Het hangt af van het vermogen van een cel om intracellulaire pH homeostase te handhaven. S mutans heeft bv deze mechanismes: Proton efflux via ATP-synthase Zure eindproduct uitstroom (zie hierboven) Deze mechanismes zorgen voor ene hoge intracellulair pH (alkalischer) dan de externe omgeving Lactobacillen en S mutans bevatten deze mechanismes meer + ze hebben een lager pH optimum dan minder tolerante soorten. Welke stressregulatoren hebben andere soorten ? S salivarius heeft bv: Urease activiteit verhoogd ureum omzetten in amoniak Arginine deiminase systeem gaat beter werken Op die manier kan het overleven Sommige bacterien zijn in staat zuurtoleranter te worden naarmate ze hier langer aan blootgesteld worden. Wat is nou eigenlijk de rol van suikers? Wat gebeurt er met een overschot van koolhydraten? Wat zijn strategien voor opslag koolhydraten? Wat is de functie van IPS en EPS? - Bron van energie Glucose wordt omgezet in EPS = extracellulair poly sacchrade, de functie hiervan is Interactie met andere MO’s Hechting! En dus biofilm vorming Omdat bacterien soms door periodes van honger gaan hebben ze een systeem ontwikkeld om koolhydraten op te slaan. Functie van de strategien is: om intracellulaire glycolytische tussenproduct vorming te verminderen, want dit is dodelijk Bron van energie voor hongersnood 1. 2. 3. Vorming van IPS = intracellulaire polysacchariden Vorming van EPS = extracellulaire polysacchariden, vooral uit sucrose Synthesiering van polymeren (deze lijken op glycogeen) IPS worden dus gemaakt bij een overschot aan koolhydraten. Tussen voedingsmomenten worden IPS afgebroken waarbij zuur wordt geproduceerd, deze zuren zijn wel minder cariogeen EPS: belangrijke rol bij hechting tussen microorganismes en dus vorming van biofilm. biofilm geeft bescherming aan soorten Hoe wordt EPS gevormd? Vooral uit sucrose wordt het gemaakt door GTF’s maken Glucanen De EPS kunnen oplosbaar of onoplosbaar zijn Oplsobaar zijn labieler en kunnen door andere bacterien gegeten worden Onoplosbare belangrijke rol bij plaquematrix & aanhechting van bacterien aan plaque Sucrose wordt gesplitst, hierbij komem glucose en fructose met een hoop energie vrij deze energie wordt gebruikt voor synthese van de polysaccharides Deze polysaccharides zijn glucanen en fructanen en worden gemaakt door GTF’s en FTF’s Wat zijn fructanen? Polysaccharides die niet betrokken zijn bij celadhesie maar meer als extra energiebron in biofilms (PEP-PTS kan dit transporteren) Wat doet LDH? Lactaatdehydrogenase = melkzuurhydrogenase = enzym dat de reactie van pyruvaat tot lactaat katalyseert en daarbij NAD als co-enzym gebruikt/ Welke metabolismes zijn er nog meer? 1. 2. Stikstof (ureum/ammionium) Zuurstof (detoxificatie van O2 radicalen) Wat is het geviolg van metabolisme? 1. 2. Groei Vernadering omgeving Wat is heterolactisch? Homolactisch? Homo = vorming van 1 fermentatie product lactaat Hetero = vorming van meerdere fermentatieproducten lactaat & ethanol bv DIAGNOSTIEK Wat zijn methodes om het orale microbioom te onderzoeken? Er kunnen verschillende methoden worden gebruikt om monsters van orale oppervlakken te nemen. De keuze zal de anatomie van de site weerspiegelen. Kleine steekproeven van discrete locaties hebben de voorkeur. Het is belangrijk om te beseffen, vooral bij het vergelijken van studies waarin verschillende steekproefprocedures zijn gebruikt, dat de resultaten tot op zekere hoogte de gekozen methode zullen weerspiegelen. De methode hangt af van de anatomie & eigenschappen van de te bestuderen plaats Mondslijmvlies: 3 mogelijkheden: o Zwab o Directe afdruktechniek o Eptiheleecellen schrapen daarna hiervan microbiele telling - Speeksel: o Uitscheiding in steriele container Speekselstroom gestimuleerd (door bv kauwen/ chemische middelen) of ongestimuleerd Bij stimulatie komt er meer speeksel Microbiele telling wordt uitgedrukt in CFU / ml = kolonie vormende eenheden per ml speeksel Wat gebeurt er tijdens transport van de samples? - Tandplaque o Moeilijk te swabben; wel met dentale instrumenten o Hoeveelheid biofilm wat je kan weghalen hangt erg af van de zijde waar je het weg haalt (subgingivaal is moeilijk want moeilijk bereikbaar & veel anaeroben zijn daar) o De regio bepaalt erg welke MO’s je het meeste gaat tegen komen - Moet snel naar lab toe Transportvloeistoffen houden redoxpotentieel laag hierdoor wordt verlies van anaeroben beperkt wat zijn 3 identificatie approaches? 1. 2. 3. Kweek: (selectieve) voedingsbodems Non-kweek: microscopie, DNA analyse Immunologisch (serotyping, coagulase test etc) Wat zijn 2 belangrijke benaderingen om de samenstelling van orale microbiota te bepalen? 4. 5. Kweekmethoden Moleculaire (kweekonafhankelijke) methoden Wat gebeurt er tijdens kweekmethoden? Wat gebeurt er tijdens de telling en identificatie fase? Nadeel = duur & arbeidsintensief + slechts 50-70% vd orale microbiota kan gekweekt worden Kan op: Selectieve kweek : als je interesse hebt in 1 bepaalde groep of 1 soort dus selectief onderzoek dankzij selectieve groeieigenschappen o Het gebruik van de juiste omstandigheden voor de kweek; gassen, temperatuur etc zijn ook van invloed op de groei. Indicator platen Bij kolonietelling wordt er uitgegaan dat: (a) cellen van hetzelfde micro-organisme kolonies produceren met een identieke morfologie; (b) cellen van verschillende soorten verschillende morfologieën produceren; en (c) één kolonie ontstaat uit één enkele cel. In het algemeen gelden deze aannames, behalve voor c), aangezien kolonies kunnen ontstaan uit kleine aggregaten van cellen. Na telling wordt de CFU uitgerekend adhv de verdunning . Representatieve kolonies worden gesubcultureerd om de zuiverheid te controleren + om latere identificatie toe tepassen Identificatie; Gram kleuring geeft informatie over: o Vorm: staaf/coccus o Gram-status Of op basis van hun metabolisme Andere bacterien hebben moleculaire test nodig om geidentifcieerd te worden (bv PCR) Hoe identificeer je bacterien op basis van hun biochemische eigenschappen? Wat gebeurt er tijdens microscopie? (=non-kweek methode) Hiervoor gebruik je biochemische testen voedingsboddems Biochemische eigenschappen: dus bv omzetting van voeding in bepaalde eindproducten Vaak worden eigenschappen zichtbaar gemaakt met een pH-indicator of door een reagens aan de cultuur toe te voegen waarbij een gekleurde verbinding ontstaat. Omdat meestal een aantal verschillende reacties tegelijk worden onderzocht ontstaat er bij de beoordeling een bonte rij buizen, reden waarom bij de biochemische determinatie vaak spreekt van een bonte rij. 3 soorten Lichtmicroscoop gram kleuring dus beperkte indeling van soorten Elektronenmicroscopie plaque is bewerkt wat dus de structuur niet duidelijk weergeeft (=nadeel) Confocale microscopie geeft meer gehele biofilm in samenhang weer Scan- en transmissie-elektronenmicroscopie zijn nuttig gebleken bij het bestuderen van plaquevorming en zijn ook gebruikt om aan te tonen dat bacteriën het tandvleesweefsel binnendringen bij agressieve vormen van parodontitis. Elektronenmicroscopie vereist dat monsters worden bewerkt voordat ze worden bekeken, en dit kan de structuur van plaque vervormen. Niet-invasieve technieken zoals confocale laser scanning microscopie worden nu op grote schaal gebruikt, met en zonder het gebruik van specifieke probes (antilichaam of oligonucleotide), om de werkelijke architectuur van plaque en de locatie van geselecteerde bacteriën binnen de biofilm te bepalen. Confocale microscopie heeft aangetoond dat de plaque een meer open architectuur heeft dan voorheen door elektronenmicroscopie werd aangegeven Wat zijn in situ modellen? Dit zijn verwijderbare model oppervlakken die in de mond gezet kunnen worden voor bemonstering. Voordelen: Geeft realistischer beeld De verwijderbare stukken kun je uit de mond halen en dan buiten de mond bv veel suiker er over heen doen etc (dit mag je in een echte mond niet doen) of evaluatie van AMB middelen Wat gebeurt er met DNA analyse (=non kweek) - Wat is PCR? PCR is een manier om uit kleine jhoeveelheden DNA specifiek 1 gedeelte te vermemigvuldigen zodat er uiteindelijk genoeg is om het te analyseren . Wat zijn moleculaire approchoaches om het orale microbioom te bestuderen? Isolatie van DNA uit monster (ophopen kan maar vaak niet nodig Identificatie soort op basis van sequentie tukje van specifiek stukje DNA (bv rDNA) – PCR (met of zonder probe) – Sequencing = volgorde van nucleotiden in DNA vaststellen Deze technieken worden gebruikt om de compositie en de metabole activiteit van het orale microbioom te bestuderen. Ze omvatten: Welke microorganismes zijn present? 1. Metagenomics DNA gebruikt om te bepalen welke MO’s aanwezig zijn Wat is de activiteit van het microbioom als community? 2. Metatranscriptomics mRNA bestudeert genexpressie van microbe in hun natuurlijke omgeving 3. Metaproteomics proteinen onderzoekt de functie & activiteit van MO 4. Metabolomics kijken hoe ze substraat omzetten in eindproducten en daarmee activiteit bekijken Wat is 16s rRNA genen sequentie? Wat is serologie? Wat is een agglutinatie test? rRNA is afkomstig van het DNA van het organisme. Dus een stuk RNA is geschikt voor analytische microbiologie. 16S-rRNA komt alleen in bacteriecellen voort. Omdat het gen kort is kan het snel en goedkoop met PCR en daarna gesequenced worden. De basenvolgorde in de genen van het rRNA zijn gedurende de evolutie slechts weinig veranderd dit in tegenstelling tot veel andere genen (die stofwisselingseigenschappen coderen). Maar de relatief zeldzame veranderingen die wel hebben plaats gevonden kunnen nu gebruikt worden om de verwantschap van de bacteriën onderling vast te stellen. En ook om de soort (of stam) zelf te herkennen Bij serologisch onderzoek sporen we geen bacteriën, virussen, schimmels of parasieten op. We onderzoeken of er antigenen (eiwitten van micro-organismen) en/of antistoffen hiertegen in uw bloed voorkomen. De aanwezigheid van antigenen toont aan dat de infectie op dat moment nog actief is. Agglutinatie = samenklonteren van gesuspendeerde deeltjes Tests die afhankelijk zijn van het samenklonteren van cellen, micro-organismen of deeltjes wanneer gemengd met specifiek antiserum. Wat is serotyping? Detectie specifiek oppervlakte eiwit middels antilichamen Wat is open methode ? Massaal sequencen van specifiek stukje DNA = ik weet niet wat ik zoek en sta open voor onverwachtte uitkomsten Gesloten = ik weet wat ik zoek en zal dit vinden Wat is next generation sequencing? Door je DNA-code te lezen en vervolgens te vergelijken met de 'normale' code, kunnen we afwijkingen vaststellen. Met Next Generation Sequencing (NGS) wordt verwezen naar een tweede generatie sequencingtechnologie. Hiermee kunnen we steeds sneller en goedkoper langere stukken DNA aflezen.